Introducción al modelado de Sistemas de Control · Introducción al modelado de Sistemas de...

Introducción al modelado de Sistemas de ControlSistemas de Control

Introducción

• Qué es un sistema?.– Un sistemaes un conjunto de elementos interrelacionados

sometido a una serie de estímulos o señales de entradaante los que responde mediante una serie de señales de salida.salida.

Entradas SalidasSistema

Sistema de control en lazo abierto

Sistema de control en lazo cerrado

Sistema de control en lazo cerrado

Sistemas de control

• Tipo especial de sistemas en los que se pretende conseguir un comportamiento determinado de las señales de salida actuando sobre las señales de entrada.entrada.– Esquema clásico en bucle cerrado o en realimentación.

SistemaControl+

-

• Ejemplo.– Sistema de aire acondicionado.

• Pretende mantener una temperatura estable en el interior de un recinto cerrado.

• Mecanismos para actuar: calentar/enfriar.

• Señal de referencia ajustable.

• Sensores.

• Posibles perturbaciones.

Bloques fundamentales

Bloques fundamentales

Combinación de bloques básica

• Ejemplo (cont.).

+ Control

Td: Temp.

deseada

AcciónTm<Td: calentar

Tm>Td: enfriar

+

-Control

SensorTm: Temp.

de la vivienda

ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL REALIMENTADO

Elementos de un sistemas de control

Controlador+ PlantaActuador

Referencia

Comparador

Error Control Acción Salida

Controlador+

-

Sensor

PlantaActuador

Medida

• La Planta.

Controlador+-

Sensor

PlantaActuador

Referencia

Comparador

Error Control Acción Salida

Medida

– Sistema físico que se desea controlar.– Sistema físico que se desea controlar.• Recibe como entrada la acción de control y produce la salida

(señal a controlar).

• Normalmente su comportamiento sólo es modificable a través de las señales de entrada.

• Puede estar sometido a perturbaciones.

• Modelado: G(s) (función de transferencia).

• El sensor.

Controlador+-

Sensor

PlantaActuador

Referencia

Comparador

Error Control Acción Salida

Medida

– Sistema de medida.– Sistema de medida.• Transforma la señal de salida a una magnitud (medida)

interpretable por el esquema de control.

• Fuente de información para el sistema, debe poseer una elevada exactitud y fidelidad.

• Modelado: Gs(s) (función de transferencia).

• El comparador.

Controlador+-

Sensor

PlantaActuador

Referencia

Comparador

Error Control Acción Salida

Medida

– Evaluación del error.– Evaluación del error.• Compara la señal de medida con la referencia establecida para el

sistema de control, generando la señal de error.

• Elemento simple, debe ser preciso.

• El controlador.

Controlador+-

Sensor

PlantaActuador

Referencia

Comparador

Error Control Acción Salida

Medida

– Estrategia de control.– Estrategia de control.• Transforma la señal de error en una señal de control aplicando una

determinada estrategia.

• Donde reside la “inteligencia” del sistema de control.

• De su diseño depende el buen funcionamiento del sistema global (asumiendo datos de entrada correctos).

• Modelado: Gc(s) (función de transferencia).

• El actuador.

Controlador+-

Sensor

PlantaActuador

Referencia

Comparador

Error Control Acción Salida

Medida

– Etapa de potencia.– Etapa de potencia.• Transforma la señal de control en una acción que puede ser

interpretada por la planta.

• Modelado: Ga(s) (función de transferencia).

Subsistemas

Controlador+ PlantaActuador

Referencia Salida

Cadena directa

Controlador+

-

Sensor

PlantaActuador

Cadena de realimentación

Controlador+

-PlantaActuador

Referencia Salida

Zona de baja energía Zona de alta energía

Sensor

PC/µC+

-PlantaD/A

Referencia Salida

Dominio discreto Dominio continuo

A/D

Ejemplos de sistemas de control

– Control manual:

• El elemento de control es un operador humano.

– Algunos ejemplos serían una persona que conduce unautomóvil, cocinero preparando un plato, operarioautomóvil, cocinero preparando un plato, operariomanipulando una grúa.

– Control de procesos:

• Aire acondicionado de una casa, nivel de agua en undepósito, control del pH en un cultivo de algas.

– Servosistemas:

• Posición del brazo de un robot, piloto automático de unavión, posicionamiento de la cabeza en un disco duro.

– Sistemas biológicos:

• Sistema predador-presa, señalar con el dedo,transpiración,aperturay cierredela pupila.transpiración,aperturay cierredela pupila.

– Sistemas económicos:

• Empresa, mercado de valores.

Cuándo es necesaria la compensación?

– Inestabilidad.

– Oscilación excesiva.

– Lentitud.– Lentitud.

– Sensibilidad ante perturbaciones.

– Error en régimen permanente.

– Repuesta inestable:

• La salida del sistema no está acotada.

– Repuesta oscilatoria:

• La salida del sistema presenta picos de oscilación queno son admisibles.

– Repuesta lenta:

• La salida del sistema tarda mucho en alcanzar el valordeseado.

– Error en régimen permanente:

• La salida del sistema no se estabiliza en el puntodeseado.

– Repuesta ruidosa:

• La salida del sistema se ve afectada por perturbaciones.

Tipos de compensación

– Compensación en serie.

– Compensación en paralelo o en realimentación.

– Compensacióndeperturbaciones.– Compensacióndeperturbaciones.

– Compensación de entrada/salida

– Compensación en serie:

• El controlador se sitúa en serie con la planta.

Controlador+ PlantaReferencia Salida

Controlador+

-Planta

– Compensación en paralelo:

• El controlador se sitúa en la cadena de realimentación.

+ PlantaReferencia Salida

Controlador

+

-Planta

– Compensación de perturbaciones:

• El controlador trata de anular el efecto de algunaperturbación.

Controlador

Referencia Salida

Perturbación

+

-Planta

Referencia Salida

– Compensación de entrada:

Controlador+

-Planta

Referencia Salida

– Compensación de salida:

Controlador+

-Planta

Referencia Salida

Función de transferencia

Función de transferencia

Ejemplos

Ejemplos

Ejemplos

Ejemplos

Ejemplos

Ejemplos

Draw simple block diagrams for the control systems

Draw simple block diagrams for the control systems